特深钻探钻柱组合优化设计研究

钻杆柱作为地球深部探测中深地与深水钻探技术的核心与关键,单一规格钻柱许用深度有限,难以满足大陆万米特深孔科学钻探及大洋深水深孔钻探工程的设计要求。本文通过减轻下部钻柱重力及提高上部钻柱强度方案,对其组合设计开展优化研究。以拉伸条件下的强度计算为主,加之一定的设计安全系数和拉伸余量来满足动载荷以及其他复杂情况对钻柱强度的需求,并开发了钻柱组合设计与安全系数计算的软件,可实现不同孔深设计和钻杆结构要求下的钻柱组合设计与安全系数计算。     

钻柱内钻井液密度对钻柱横向振动的影响分析

在钻井过程中,钻柱振动很容易发生,强烈的振动将引发钻井事故。钻柱横向振动危害较大,影响因素比较多。从理论上分析了钻柱内钻井液密度对钻柱横向振动频率的影响规律,为现场计算钻柱共振转速提供依据,减少钻柱剧烈共振发生。根据最小作用量原理,采用欧拉法建立了考虑钻柱内钻井液密度影响的钻柱横向振动微分方程,得出了钻柱横向振动频率数学模型,分析了钻井液密度对频率的影响规律。并用ANSYS软件建立振动模型模拟分析钻柱振动,求解出振动频率,与模型计算结果规律基本一致。     

空气钻井中钻柱横向振动的计算

空气钻井是指钻进过程中循环介质为空气的钻井.空气钻井有利于提高钻井速度,缩短建井周期,降低钻井总成本;能很好地保护产层,但其处理地层出水的能力差、井壁不稳定、井底欠压值太大,处于无控制的欠平衡状态,导致储层速敏、出砂,甚至坍塌;钻具失效问题严重.在理论分析的基础上,对横向振动进行了较好的数值分析.研究表明,整体钻柱的横向振动特性受钻柱规格以及长度影响.长度增加,钻柱相应各阶固有频率显著降低.计入钻井液附加质量效应后,钻柱的各阶固有频率显著降低.分析表明,钻井液阻尼对钻柱动力安全性有一定的积极意义.     

5000米智能地质钻探技术与装备研发

深部钻探技术是解决深地探测科技问题的必要手段之一。本文主要介绍了"十三五"国家重点研发计划"5000米智能地质钻探技术装备研发及应用示范"项目方案,项目从构建大深度绳索取心钻孔口径系列、钻具级配、装备配置等入手,开展了钻进智能控制、钻机关键技术与装备、高性能绳索取心钻杆、小口径高效系列钻具、环保冲洗液体系与废浆处理技术、钻探技术装备集成与示范等研究,拟突破智能控制、自动化、轻量化与模块化等关键技术,形成以绳索取心工艺为主体的特深孔地质岩心钻探装备与技术体系,为我国深部探测计划提供技术与装备支撑。     

基于ANSYS的钻柱纵向振动固有频率影响因素分析

基于ANSYS软件对钻柱纵向振动固有频率影响因素进行了分析,通过建立有限元模型,对钻柱的纵向振动固有频率进行了模态分析。讨论了不同钻井液流速对钻柱纵向振动的影响,并当钻井液流速一定时,模拟不同钻杆长度、钻铤长度以及减震器的不同型号对钻柱纵向振动固有频率的影响。研究表明:当钻井液流速变化时,对钻柱纵向振动的固有频率没有影响;当钻井液流速一定时,随钻柱长度增加,钻柱纵向振动的固有频率增加;随钻铤长度的增加,钻柱纵向振动的固有频率有所下降,各阶下降幅度有所不同;减震器能够起到一定的减震的作用,但效果不大。     

氯化钾钻井液在陈古1井的应用

随着油气田勘探开发中晚期的到来,辽河地区出现了向深部地层寻找油气储量的需要,研究适合深部地质条件的钻井液体系已成为当务之急。辽河钻井几十年的实践表明,沙河街组地层的泥页岩失稳,地层碳酸气污染钻井液并使之性能急剧恶化,较高的钻井液温度引起的钻井液处理剂失效是导致井下复杂情况发生甚至工程报废的原因。为了解决这一难题,钻井液公司进行了一系列科研探索。氯化钾钻井液以其独特的抑制性机理,深受钻井液工作者的重视。2014年钻井液公司决定在现场使用氯化钾钻井液以满足沙河街组地层的钻探。     

深部科学钻探钻杆接头优化措施

地球深部探测对提高我国勘探开发深部资源能力和深部地质研究水平及地位是不可或缺的,深部科学钻探是唯一准确地获取深地实物资料的工程方法。钻杆柱作为深部科学钻探技术的核心与关键,其管柱规格组合与钻杆接头选配决定着钻杆在平衡其自重后的剩余强度和应付孔内复杂情况的能力,尤其是作为连接各钻杆柱短节的钻杆接头的性能直接决定着钻杆柱的使用极限深度。本文从产品类型、结构特点等方面对国内外高性能石油钻杆接头进行了梳理,分析了现有钻杆接头存在的不足与失效的原因,提出了钻杆接头结构改进方案,对提高钻杆柱的可靠性与安全性,延长钻杆使用寿命,使其更好地应用于深部科学钻探,具有一定的科学意义与工程价值。     

深部大陆科学钻探装备通过验收

<正>不久前,中国地质调查局组织有关专家,在黑龙江省大庆松辽盆地大陆科学钻探二井(简称"松科2井")井场对深部探测专项《深部大陆科学钻探装备研制》课题进行了现场验收。课题组自主研发了"地壳一号"万米大陆科学钻探钻机及其关键技术、深部大陆科学钻探钻具系统及取心技术、耐高温钻井液体系、耐高温固井材料、耐高温电磁随钻测量系统、深孔井壁稳定预测软件等,并在实验室内、四川宏华石油设备有限公司以及黑龙江安达"松科2井"现场等进行了测试及生产试验,各项     

钻柱振动特性的仿真分析

钻进过程中,钻柱振动是不可避免的,而且钻柱产生振动的原因是多方面的。随着研究的深入,人们不仅认识到钻柱振动对钻井作业产生的负面影响,还认识到利用振动可以得到许多井下信息。运用一根钻杆模型,分析了其在不同工作状况下的振动特性,得到了钻杆在横向、纵向、扭转振动的多阶振型,以及对应的应力应变图。对照振型和应力应变图,联系钻井实践中各种钻柱失效形式,以期从中找出一些振动与钻柱失效的关联,更好地利用振动去解决生产问题。     

深部地质钻探钻井液使用的认识与思考

深部地质钻探,钻遇地层复杂多变,对钻井液和工艺方法等要求更加严格。在分析深部地质钻探面临的技术难题的基础上,结合目前施工中存在的主要问题,从孔内安全与工艺方法的关系、处理复杂地层的方法、孔壁稳定周期、孔内复杂情况综合治理等方面,提出了相关意见和建议,可供深孔施工中借鉴和利用。     

关于举办“深部钻探及新技术推广应用培训班”的通知

为了全面推动深部地质找矿和钻探工作的开展,努力解决复杂地层钻探难题,提高钻探效率和水平。中国地质学会决定在往年举办找矿理论培训班的基础上,举办"深部钻探及新技术推广应用培训班"。重点介绍深部地球探测技术发展现状、深部钻探新工艺、新技术、新设备;重点培训和交流深部科学钻探施工案例、3000 m科学深部钻探施工现场考察、观摩等内容,使我国地球科学钻探水平及地质调查工作的质量和效益跨上一个新台阶。现将有关事宜通知如下:     

关于深部找矿中影响钻探施工因素的探讨

深部地质找矿中需要深孔钻进,而在钻探施工过程中,经常遇到大量的施工问题与困难。通过工作中的实例,从地质、钻探设备及工器具、冲洗液、管理水平与技术操作水平和钻探成本等方面,对影响钻探施工的因素进行了探讨。     

典型含煤地层锚固孔钻进动力特性与地层信息识别研究

为研究煤矿井下巷道锚固孔钻进动力学特性,满足煤矿智能钻探技术需求,以顶板锚固孔回转钻进为研究对象,结合钻柱动力学理论推导、数值解析、有限元仿真和动力响应信号识别技术,深入分析了典型含煤地层锚固孔钻进过程中的动力特性。推导建立了钻柱动力学模型,得出了钻柱系统动载受力的解析解,包括轴向力、切向力和转矩的计算方法。在典型煤层中,动载轴向力和切向力随压入深度的幅值区间为0.18～0.31 kN;动载轴向力和切向力随钻速的幅值区间为0.17～0.29 kN。进一步得出钻柱系统的振动加速度解析表达式,结合巷道支护工程背景,确定了钻柱系统的横向和纵向振动加速度是钻孔施工中衡量含煤地层特性的重要指标。通过有限元仿真分析了锚杆钻头分别钻进砂岩岩样、煤层岩样、孔洞砂岩和碎软煤样等4种典型含煤地层岩样时的载荷变化曲线,结果表明:钻进载荷在岩样强度变化时差别明显,在典型煤层中的仿真结果与解析计算的结果基本一致。利用制备的4种典型含煤地层岩样开展了实钻试验,通过加速度传感器对钻具振动信号进行采集和处理,并对振动加速度信号识别地层方法的有效性进行验证,试验结果表明:振动信号能够在锚杆钻头回转钻进条件下快速有效识别典型含煤地层特性,尤其在面对空穴发育地层和碎软煤层钻进的特殊工况时,钻进振动响应信号对地层识别效果良好。研究结果为煤矿井下巷道地层信息动态智能探测和钻探质量提升提供了有效途径。     

深部探测金川预导孔深孔钻探钻头的应用与分析

在深部探测和科学钻探的施工中,钻头的合理选择和使用是提高深孔硬、脆、碎岩层钻探生产效率的最重要因素之一。针对金川科学钻探深部钻进中的特殊地层岩石进行分析,利用扫描电镜研究钻头中金刚石的分布、包镶和出刃,找出合适的钻头胎体材料和金刚石工艺参数,延长钻头寿命,提高钻探效率。     

超深井水力参数设计技术及应用

以超深井小井眼水力学基本特征分析为基础,通过分析超深井、小井眼条件下环空速度分布模型、压力梯度计算模型和钻柱内速度分布模型等水力学模型影响因素,结合实钻中环空间隙大小、钻柱旋转、高温高压钻井液性能对环空压降的影响,建立了超深井高温、高压的流体的流速和压力分布计算模型。计算结果与实钻相比较具有较好的贴合度,对于超深井的钻探有着指导性意义。     

深直井旋转钻柱空转功率消耗的数学建模

通过对深井旋转钻柱空转功率消耗因素的分析,考虑空转时离心力作用在井壁上引起的摩擦力导致的功率消耗,并将钻井液视为牛顿液体,运用柱坐标系建立了旋转钻柱在深井作业条件下空转功率消耗的分析模型.综合考虑空转功率与钻柱旋转的角速度、钻柱与井眼结构参数、钻井液粘度系数等因素间的关系,即旋转钻柱运动过程中的离心力和钻井液作用在钻柱上的剪切应力对功率的影响,建立了更加符合实际工况的数学模型.     

高温高压钻井液流变仪应用现状介绍

在深部钻探过程中,井下的高温高压环境对钻井液性能提出了更高的要求。流变性是钻井液的重要性能,保证高温高压状态下钻井液流变性能的稳定是深井安全钻进的必要前提,高温高压钻井液流变仪是测定钻井液高温高压流变性的重要仪器。本文简要地介绍了当前在深部钻探中需要用到的3款高温高压钻井液流变仪,包括其功能特点、主要技术参数和应用情况,旨在为钻探工作者正确选用相关测试仪器、提高钻探安全性和效率提供参考依据。     

煤田勘探深孔钻探绕障方法探讨

目前,煤田勘探施工的钻孔多为超千米的深孔。深孔作业,对钻探工艺、施工队伍的技术水平、钻井液的质量及钻进技术参数等均有较高的要求。但是,由于地质原因、钻探技术原因,在施工超过千米深孔时,容易发生钻探事故。事故一旦发生,由于孔深情况不易准确判断、起下钻周期长、易引起孔壁不稳定等多方面的原因,很容易造成事故的复杂化,使事故难以继续处理。常采用绕障方法进行处理,以往的绕障方法在实践中均存在一些不确定因素,影响了绕障效果,根据实践,介绍一种简便、安全、有效的自然绕障法。     

连续循环系统在科学超深井中的需求分析

作为"入地"重要手段的科学深井、超深井工程是研究深部地质学的重要方法,被誉为"伸入地壳的望远镜"。科学超深井井内超高温高压成为钻井作业中突出的技术难题之一,其对钻井液、井底动力机具、井下检测仪器、铝合金钻柱提出了极为苛刻的要求,致使工程难度增大、风险提高、工期加长。通过对科学超深井钻井工程特点的总结,分析了钻井液连续循环对井眼稳定性和井底温度的影响,得出了连续循环系统对于科学超深井钻井作业具有较强的技术需求的结论。对我国未来万米科学超深钻计划提供了技术支持。     

大力推广受控定向钻探技术的建议

最近,在合肥召开的"深部找矿工作研讨会"上,与会者共同认为,我国深部隐伏的矿产潜力很大,找深部矿是我国今后矿产勘查工作的主要方向,大有可为.在深部找矿工作中,除了要利用更有效的地质理论作指导,更先进的物、化、遥感等新的探测技术方法外,钻探是取得最终结果的最基本的探测手段方法,尤其是今后的找矿深度超过千米以上,只能用钻探才能满足找矿的要求.即使开采矿山有坑道,同样需要用钻探来探矿.